Locked-in-Syndrom: Gaumensegel navigiert Computer und Rollstuhl
Rehovot – Ingenieure aus Israel haben einen „Sniff Controller“ entwickelt, der es Patienten ermöglicht, einen Computer oder Rollstuhl durch die Bewegungen des Gaumensegel zu steuern. In den Proceedings of the National Academy of Sciences (2010, doi: 10.1073/pnas.1006746107) berichten sie über den erfolgreichen Einsatz bei Patienten mit Locked-in-Syndrom.
Bei vielen Patienten mit Locked-in-Syndrom bleibt die Beweglichkeit des Gaumensegels, das durch verschiedene Hirnnerven (Glossopharyngeus, Vagus) innerviert wird, erhalten. Sie können deshalb entscheiden, ob sie durch Nase oder Mund Luft holen wollen und zwischen beiden Atmungen schnell wechseln.
Allein dies ermöglicht es ihnen binäre Signale (Nase auf/zu) auszusenden, die mit einer Sonde registriert werden können, wie sie auch zur Sauerstofftherapie verwendet werden. Darüber hinaus können die Patienten Stärke und Länge der Atemzüge durch die Nase verändern.
Dieses analoge Signal erweitert die Kommunikationsmöglichkeiten enorm, und mit dem Gerät und der Software, die der Ingenieur Noam Sobel zusammen mit dem Neurobiologen Noam Sobel und der Forscherin Lee Sela vom Weizmann Institut in Rehovot (Israel) entwickelten, konnten gesunde Probanden ihren Computer schon bald ebenso versiert steuern wie mit der Maus. In Computerspielen waren sie nicht schlechter als mit einem Joystick.
Die Forscher wandten sich an drei Patienten mit einem Locked-in-Syndrom. Patientin Ll1, eine 51 Jahre alte Frau, war nach einem Schlaganfall vor 7 Monaten zu keinen Bewegungen ihrer peripheren Muskeln mehr in der Lage. Auch mit den Augen konnte sich nicht mehr blinzeln, so dass auch diese Möglichkeit zur Kommunikation ausfiel.
Ll1 konnte aber, obwohl sie tracheotomiert war, ihren weichen Gaumen bewegen. Nach 19-tägigem Training hatte sie die Nasenatmung so weit unter Kontrolle, dass sie den Computer bedienen konnte. Nach wenigen Tagen schrieb sie einen ersten Brief an ihre Familie, wenn auch sehr langsam. Innerhalb von 20 Tagen habe sie die Geschwindigkeit von 26 auf 20 Sekunde pro Buchstabe (wobei sie etwa jeden sechsten Buchstabe korrigieren muss) verbessert, berichten die Forscher. Ll1 sei mit dem Sniff-Controller zufrieden. Sie nutze ihn Mittel noch heute.
Der 42-jährige Patient Ll2 war infolge eines Autounfalls seit 18 Jahren ohne periphere Bewegungen. Er konnte noch mit einem Auge blinzeln, lehnte die Benutzung eines “Eye-Tracker” jedoch ab. Mit dem Sniff-Controller der Forscher konnte er innerhalb von 20 Minuten am Computer seinen Namen schreiben. Er verbesserte seine Geschwindigkeit innerhalb von 3 Wochen von 60 auf 49 Sekunden und benutzt ihn nach Aussage der Forscher weiterhin.
Der 64 Jahre alte dritte Patient Ll3 war seit 4 Jahren gelähmt. Er konnte ihre rechte Hand leicht bewegen. Für die Bedienung eines Steuergerätes reichte es jedoch nicht. Er kommunizierte über Augenbewegungen, die allerdings nur die Angehörigen zu interpretieren vermochten.
Ll3 kam mit dem Sniff-Controller nicht zurecht. Eine Untersuchung mit der funktionellen Kernspintomografie zeigte, dass er keine ausreichende Kontrolle über die Bewegungen seines Gaumensegels hatte, wie dies nach Angabe der Autoren in einer vorbereitenden Studie auch bei etwa einem Viertel gesunder Probanden der Fall war.
Nachdem zehn weitere Tetraplegiker mit dem Sniff-Controller gut zurechtgekommen waren, wagten sich die Ingenieure an ein weiteres Projekt. Sie programmierten eine „Nasen-Steuerung“ für einen elektrischen Rollstuhl: „Zweimal kurz einatmen“ bedeutet vorwärts, „zweimal kurz ausatmen“ rückwärts. Durch den gezielten Wechsel von Ein- und Ausatmen wurde der Rollstuhl nach links oder rechts dirigiert.
Dies klappte bei zehn gesunden Probanden recht gut, auch wenn sie mit dem herkömmlichen Joystick besser zurechtkamen. Auch ein Tetraplegiker (C3 abwärts gelähmt) steuerte nach kurzer Zeit den Rollstuhl mit dem Sniff-Controller gezielt durch einen Parcours.
Die Autoren gehen deshalb davon aus, dass der “Sniff-Controller” Patienten mit Locked-In-Syndrom einen Teil ihrer Mobilität zurückgeben könnte. Die Gefahr einer Hyperventilation schätzen sie als gering ein. In weiteren Experimenten mit 14 Gesunden kam es niemals zu Zwischenfällen.
Sobel glaubt, dass der Sniff-Controller nicht nur für Tetraplegiker und Menschen mit Locked-In-Syndrom eine große Hilfe ist. Es könnte auch für Chirurgen oder Piloten so etwas wie eine dritte Hand sein. Die Firma Yeda Research and Development Company, ein Technologietransfer-Arm des Weizmann Instituts, soll sich bereits mit der weiteren Entwicklung und der Vermarktung befassen.
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